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抗弹陶瓷在复合装甲中的应用作者：任彦来源：《新材料产业》 2016年第1期文/ 任彦中国兵器工业北方材料科学与工程研究院一、引言当今世界的主旋律是和平与发展，这是各国人民共同追求的目标。
然而，在近几十年来，各种各样的局部战争从来就没有停止过，特别是近年来极端恐怖组织的出现和破坏活动的加剧，已经使世界和平面临巨大威胁，从而使打击恐怖活动成为当务之急。
在如此的国际大环境下，世界各国纷纷投入巨资进行各种高性能武器装备的研发和制造，一些杀伤力巨大和对人类生存环境具有高破坏力的武器装备不断投入使用。
以主战坦克为例，其钨合金高速动能穿甲弹的初速高达1 700 ～1 800m/s，可以在1000m的距离上击穿800m m的均质装甲钢板；而现在各国第3代主战坦克装备的精密装药破甲弹的破甲威力可穿透1 200 ～1 500m m的均质装甲钢板，因此，通过增加装甲钢的厚度来抵御对于坦克和装甲车辆的攻击根本不可能实现，这一状况促进了复合装甲的加速研制和广泛应用。
目前，先进的复合装甲在垂直厚度200 ～250mm大倾角安装时，就可有效地抵御穿甲弹和破甲弹对坦克的首上和炮塔的侵彻，而其中重要的材料之一就是高性能的抗弹陶瓷材料[1]。
从20世纪60年代，韦尔金斯发现陶瓷材料具有很好的弹道防护性能以来，美国的科学家将氧化铝（A l2O3）陶瓷块粘到铝背板上制备成防7.62m m穿甲弹侵彻的复合装甲。
之后，美国研制出了硬度略低于金刚石的低密度碳化硼（B4C）用于飞机的抗弹陶瓷装甲。
到20世纪70年代后，美国等西方国家已将抗弹陶瓷复合装甲广泛地应用在运兵车、坦克、军机等军事装备上[2]。
由于抗弹陶瓷材料，具有高强度、高硬度、低密度、耐腐蚀、高耐磨等特点，可极大地提高武器装备防穿甲、防破甲的防护性能，从而成为复合装甲系统不可或缺的重要材料。
此外，抗弹陶瓷材料还可用于飞机、舰船、车辆等的抗弹防护防，以及各种防弹衣和防弹背心，以提高装备和人体的防护性能，因此抗弹陶瓷材料的应用将会越来越广泛。
氧化锆-堇青石复相涂层对氧化铝基体影响的研究卜晓雪;厉冰心;曹大可;吴昊龙;赵海洋【期刊名称】《中国陶瓷》【年(卷),期】2024(60)4【摘要】在陶瓷材料表面引入压应力涂层已经被证明可以提高其强度和韧性。
用高纯堇青石粉和氧化锆细粉制备了堇青石-氧化锆复相涂层浆料,将加工好的氧化铝样条浸润于浆料中,经过无压烧结制备出复相涂层增强的氧化铝材料。
研究了不同氧化锆添加量(质量分数)的涂层对基体的整体性能的影响,结果表明,当复相涂层含质量分数为10%的氧化锆时其表面残余压应力为最大值1.34 GPa,相应地其弯曲强度也为最大值376.55 MPa,相比于未镀层的基体试样其弯曲强度增长了64.6%。
此外,对试样还进行了高温弹性模量的试验,并分析了其弹性模量随温度变化的具体原因。
镀层试样还进行了导热系数的试验,发现随着低热导率材料的加入,镀层试样的热导率也随之下降。
最后由于表面残余压应力的存在,镀层试样相较于基体材料展现出了较好的抗热震性能,在900℃前,镀层试样水淬后的剩余强度均大于未镀层试样。
【总页数】8页(P9-16)【作者】卜晓雪;厉冰心;曹大可;吴昊龙;赵海洋【作者单位】河南省计量测试科学研究院;河南省溯源计量工程技术研究中心有限公司;中国建筑材料科学研究总院【正文语种】中文【中图分类】TQ174.75【相关文献】1.堇青石蜂窝陶瓷上真空抽提法涂覆氧化铝涂层的研究2.堇青石蜂窝陶瓷上真空抽提法涂覆氧化铝涂层的研究3.硅灰粉尘添加量对莫来石-堇青石复相材料晶相结构与性能影响4.合成温度对堇青石-莫来石复相材料中堇青石、莫来石生成量的影响5.氧化铝-堇青石-莫来石复相陶瓷的制备及抗碱腐蚀性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
ＣＨＩＮＡＣＥＲＡＭＩＣＩＮＤＵＳＴＲＹＡｕｇ．２０１０Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．４中国陶瓷工业２０１０年８月第１７卷第４期１前言碳化硅具有耐高温腐蚀、高热导率、热膨胀系数小、热稳定性好、高温机械强度高等优点，因而在工业上得到了广泛的应用。
纯净的碳化硅是电绝缘体(电阻率为1014欧姆·米)，但当含有杂质时，电阻率便会大幅度下降至零点几个欧姆·米，加上它有负的电阻温度系数，因此碳化硅还是常用的发热元件和非线性压敏电阻材料。
只要涉及到高温工艺，特别是陶瓷、玻璃、耐火材料工业，都有可能使用碳化硅发热材料。
碳化硅热电体材料的电阻率越小，则在相同条件下发热量越大。
氧化锆室温电阻极高，电阻率高达1013欧姆·厘米，当温度升到600℃时即可导电，具有导体的性能，目前已成功地用于2000℃以上氧化气氛下的发热元件中。
对碳化硅电热体材料来说，低温通电即可实现发热，若将其与氧化锆复合，就可以在低温下由碳化硅引发复合材料发热，然后转为利用氧化锆发热，即两种材料复合后既可实现碳化硅在低温通电发热，又可实现氧化锆高温发热。
２稀土元素对碳化硅电热体材料电阻率的影响稀土元素对SiC 电热体材料电阻率有较大影响。
稀土元素中的镨(Pr)、钕(Nd)、铒(Er)都属于镧系元素，它们的金属性都很强，性质活泼，在高温时可与卤素、氮气、碳等非金属作用生成相应的卤化物、氮化物和碳化物。
它们最后填充的电子大都进4f 亚层，常见氧化值为+3价，Pr 还可以产生+4氧化值。
稀土元素与导电机理同铁系元素相似，由它们掺杂的碳化硅电热体材料中载流子就是稀土元素离子及由其所引起的其它晶体缺陷，属于杂质离子电导，载流子的浓度与温度无关，仅决定于杂质离子的含量，因此，样品的电阻随掺杂物比例的增大而减小。
有人对稀土氧化物的加入量对电阻率的影响进行了研究，研究结果表明：当氧化镨、氧化钕和氧化铒的掺杂比例相同时，氧化铒的掺杂效果最好，而氧化钕的相对最差。
问：什么是氧化锆增韧氧化铝陶瓷？其增韧机理是什么？制备工艺有哪些？佚名【期刊名称】《陶瓷》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】2页(P78-79)【正文语种】中文答:1 氧化锆增韧氧化铝陶瓷材料简介氧化铝陶瓷具有优良的电性能、机械性能、化学稳定性，是目前应用非常广泛的陶瓷材料之一。
但其断裂韧性较低，一般为2.5～4.5 MPa·m，严重地限制了它在更广泛领域中的应用，从而增强氧化铝陶瓷断裂韧性成了当前研究的热点之一。
氧化锆增韧氧化铝(ZirconiaToughened Aluminum，ZTA)陶瓷材料，它是在氧化铝母相基质中引入一定量的相变材料氧化锆所形成的一种复相精细陶瓷材料。
由于氧化铝的硬度大、氧化锆的韧性好，这两种材料形成了高强度、高韧性的优异复合体，在常温下具有更高的抗折强度和断裂韧性，因而具有出色的耐磨性能。
因此这种复相陶瓷材料既具有氧化锆陶瓷高韧和高强度的特性，又具有氧化铝陶瓷高硬度的优点，而且随着这种综合力学性能的提高，其耐磨性也得到了较大的提高。
2 氧化锆增韧氧化铝陶瓷的增韧机理目前，提高氧化铝陶瓷断裂韧性有许多途径，主要有：应力诱导相变增韧、相变诱发微裂纹增韧、表面诱发强韧化和微裂纹分叉增韧等。
在实际材料中，究竟何种机制起主导作用，在很大程度上取决于四方相氧化锆(t-ZrO2)向单斜相氧化锆(m-ZrO2)马氏体相变程度的高低及相变在材料中发生的部位。
2.1 应力诱导相变增韧当部分稳定的t-ZrO2弥散在Al2O3陶瓷基体里，即存在t-ZrO2与m-ZrO2的可逆相变特性，晶体结构的转变伴随有3%～5%的体积膨胀。
由于二者具有不同的热膨胀系数，烧结完成后，在冷却过程中，ZrO2颗粒周围则有不同的受力情况。
当基体对ZrO2颗粒有足够的压应力而ZrO2的颗粒度又足够小时，则其相变温度可降至室温以下，这样在室温时ZrO2仍可保持四方相。
当材料受到外应力时，基体对ZrO2的压制作用得到松弛，ZrO2颗粒即发生t-m相变，形成一相变过程区。
液相烧结3Y-TZP陶瓷的相组成与力学性能
黄晓巍
【期刊名称】《硅酸盐通报》
【年(卷),期】2007(26)3
【摘要】以CaO-MgO-SiO2玻璃为烧结助剂,用液相烧结法制备了物质的量分数为3%氧化钇稳定四方氧化锆陶瓷(3Y-TZP)。
研究了烧结助剂对材料致密化、显微结构、相组成及力学性能的影响。
结果表明:烧结助剂的引入显著降低了材料的烧结温度,使材料具有细晶显微结构,并对材料的相组成产生影响,同时也使材料具有良好的力学性能。
材料的力学性能主要与其致密化程度有关,在最佳条件下,材料的抗弯强度和断裂韧性可分别达到691MPa和6.6MPa.m1/2。
【总页数】5页(P462-466)
【关键词】液相烧结;3Y-TZP;相组成;力学性能
【作者】黄晓巍
【作者单位】福州大学材料科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ174
【相关文献】
1.烧结气氛对5Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷物相组成及力学性能的影响 [J], 陈端;邹忠;田忠艮;辛鹏飞;刘恺;赖延清;李劼
2.烧结气氛对17Ni/(10NiO-NiFe2O4)金属陶瓷物相组成及力学性能的影响 [J],
刘风琴;田忠良;刘恺;陈端;赖延清;李劼
3.Al2O3/3Y-TZP复相陶瓷的液相烧结机理 [J], 黄晓巍
4.烧结气氛对5Ni/（10Ni-NiFe_2O_4）金属陶瓷物相组成及力学性能的影响（英文） [J], 陈端;邹忠;田忠良;辛鹏飞;刘恺;赖延清;李劼
5.烧结温度对氧化锆陶瓷相组成及力学性能的影响 [J], 运新跃;黄德信;徐兵;李雨林;蒋丹宇;张骋
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SiC含量对AlN—SiC复相陶瓷材料烧结性能的影响采用热压烧结工艺制备了AlN-SiC 复相陶瓷材料，用XRD和Archimede法等研究了SiC 加入量对复合材料烧结性能的影响。
结果表明，当SiC含量不超过70%时，可以制备出致密的A1N-SiC复相陶瓷，相对密度达到了99%以上。
标签：热压烧结工艺；AlN-SiC；复相陶瓷材料氮化铝具有独特的物理性质和电子学特性，它可与多种基质材料相复合，制成具有优异的电、热、力学性能的先进复合材料，在微电子技术领域中有着广阔的应用前景[1-2]。
碳化硅不仅吸波性能好，而且具有耐高温、高强度、使用过程中性能稳定等优点[3]。
因此，采用复相材料设计原则，以A1N和SiC粉末为原料，经球磨混合，采用热压烧结工艺，研究SiC含量对AlN-SiC复相陶瓷体系烧结性能的影响。
1 試样制备和试验方法1.1 试样制备试验原料有：AlN 粉，北京钢铁总院生产；SiC 粉，潍坊邦德特种材料有限公司生产；Y2O3粉，上海跃龙化工厂生产；TiO2粉，锐钛矿型，上海化学试剂公司；乙醇，南京化学试剂有限公司，分析纯。
先将AlN 和SiC 粉以一定的比例（SiC 的质量分数为0% ～80%）混合，再加入一定量的烧结助剂Y2O3 和TiO2 ，以氧化锆球作研磨球，无水乙醇作研磨介质，在高能ZM-4L 行星式球磨机上以180 r ·min-1的转速球磨 4 h ；然后将粉体取出在60 ℃左右的烘箱中烘干，再装入涂有BN 的石墨模具中，置于ZTY-40-20 热压炉中，在氮气（纯度≥99 %）气氛、30 MPa压力、1 800～1 950 ℃保温1 h 的工艺条件下进行烧结。
1.2 试验方法用ARL XT RA 型X 射线衍射仪（XRD）进行物相分析；运用Archimede 法测得试样密度，并根据理论密度计算试样相对密度。
2 结果与讨论2.1 AlN-SiC复合材料的物相组成分析研究表明，材料的物相组成对微波衰减性能有着至关重要的影响。
第29卷第4期 硅 酸 盐 通 报Vo.l 29 N o .42010年8月 B U LLET I N OF THE CH I N ESE CERAM IC SOC I ETYA ugust ,2010A /S 比对氧化锆复相陶瓷性能的影响廉晓庆1,蒋明学1,马 林1,白顶有2(1.西安建筑科技大学材料科学与工程学院,西安 710055; 2.西安建筑科技大学土木工程学院,西安 710055)摘要:以锆英石细粉和 A l 2O 3细粉作原料,根据ZrO 2 A l 2O 3 S i O 2系相图选择3个配料点(A /S 比分别为0.8,1.5,2.0)制备了反应烧结氧化锆复相陶瓷。
借助XRD 和SE M 探讨了A /S 比对氧化锆复相陶瓷常温性能的影响。
结果表明:A /S 比的增加有利于提高坯体的可烧结性;A /S 比影响材料的物相组成,实验结果与预期结果一致;1550 烧后、A /S=2.0的氧化锆复相陶瓷具有优良的常温力学性能,耐压强度可达462M P a ,抗折强度112.2M Pa 。
关键词:A /S 比;可烧结性;物相组成中图分类号:TQ174文献标识码:A文章编号:1001 1625(2010)04 0935 05E ffects of A /S Rati o on Properties of Z irconi a Co mpositesLI AN X iao q i n g 1,JI ANG M i n g xue 1,MA L in 1,BAI D ing you2(1.Schoo l ofM aterials Science and Engi neering ,X ia 'n Un ivers it y of Arch i tecture and Technology ,X ia 'n 710055,Ch i n a ;2.School of C i vil Eng i neeri ng ,X ia 'n Un i versit y ofA rch itect u re and Technol ogy ,X ia 'n 710055,Ch i na)作者简介:廉晓庆(1985 ),女,博士研究生.主要从事陶瓷和耐火材料应用研究.E m ai:l lianxiaoq i ng0304@126.co mAbst ract :Z irconia co m posites w ere prepared w ith zircon powder and A l 2O 3po w der .Accord i n g to phase diag ra m of Zr O 2 A l 2O 3 S i O 2syste m ,t h ree i n g redient spots (A /S ratio 0.8,1.5,2.0)w ere selected and put into experi m ents .The effects ofA /S ratio on the properties o f zirconia co m posites w ere ana l y sed usi n g XRD and SE M.The results sho w that the i n crease o f A /S rati o is he l p ful to i m pr ove si n tering property of g reen body .A /S rati o i n fl u ences t h e phase co m positi o n of pr oducts ,and the experi m enta lresu lts are consistentw ith expectati o ns .Z ircon ia co m posites have excellentm echan ica l properties at roo m te mperature w hen A /S rati o is 2.0and burned at 1550 ,co m pressive streng th up to 462MPa and rupture strength 112.2M Pa.K ey w ords :A l 2O 3/S i O 2ratio ;si n teri n g property ;phase co m positi o n1 引 言根据C evales 的Zr O 2 A l 2O 3 S i O 2系相图可知,A /S 比对材料的物相组成有很大的影响,前人对锆莫来石复相陶瓷已经进行了广泛的研究[1 4],但不同物相组成氧化锆复相陶瓷的性能对比研究却很少。
本文通过计算坯体中每种粉体的总表面积分析了A /S 比对坯体可烧结性的影响,并对比研究了A /S 比分别为0.8,1.5,2.0时三种氧化锆复相陶瓷的常温力学性能。
2 实 验实验原料为纯度99.9%的锆英石细粉和 A l 2O 3细粉,两者的平均粒径分别为44 m 和5 m 。
在936 研究快报硅酸盐通报 第29卷图1 Z r O 2 A l 2O 3 S iO 2系相图F i g.1 Phase d i agra m of Z r O 2 A l 2O 3 S iO 2system Zr O 2 A l 2O 3 S i O 2系相图(见图1)中,作线段CD,与BE 相交于点G,计算得G 点A l 2O 3质量分数45%。
为了实验方便,在CD 上另取两点F 、H 使A l 2O 3质量分数分别为30%和55%,确保点F 、G 、H 位于不同的子系统内。
确定点H 的另一个原因是它位于Zr O 2、A l 2O 3和A 3S 2三元低共熔点附近。
为降低复合陶瓷的烧结温度并稳定分解生成的Zr O 2,外加纯度为99.9%的M gC O 3[5]。
试样的配料组成见表1。
配好的原料球磨4h ,缓慢加入纸浆废液结合剂混合均匀并困料24h ,半干法成型(成型压力100MPa)为15mm 15mm 100mm 的试样条后在空气气氛中烧结,烧结温度分别为1550 和1630 ,保温3h 。
采用XRD 分析试样的物相组成,SE M 研究烧结试样的显微形貌。
表1 试样的配料组成Tab .1 In itial co mposition of sa mp lesNo .Poi nts C o mpos i ti on (w t %)A l 2O 3Zircon M gCO 3A /S(mo l rati o)1F 307040.82G 455541.53H5545423 实验结果与讨论3.1 坯体可烧结性3.1.1 烧后线收缩图2 不同A /S 比试样烧后线收缩率(1550 和1630 烧后)F i g .2 L i near shri nkage o f sa m ples w it hd ifferent A /S图2是三组试样1550 和1630 烧后的线收缩曲线。
可以看出,随着A /S 比的增加,1550 和1630烧后试样线收缩率均明显增加,也就是说,A /S 比越大,试样的可烧结性越好。
图2表明,A /S 比的增加有利于提高坯体的可烧结性。
坯体的可烧结性分别取决于Zr S i O 4和 A l 2O 3粉体各自的烧结特性,以及ZrSi O 4和 A l 2O 3颗粒接触界面的烧结特性。
在两种颗粒的接触面上, A l 2O 3将与Zr S i O 4反应,导致ZrS i O 4分解形成非晶S i O 2,非晶S i O 2可以发生粘滞性流动,促进致密化,因而Zr S i O 4和 A l 2O 3颗粒的接触界面具有良好的烧结特性,其次为 A l 2O 3粉体,Zr S i O 4粉体的可烧结性最差。
假设ZrS i O 4和 A l 2O 3粉体的颗粒形状皆为球形,根据公式Sw =6/ dvs ,Sw 为重量比表面积,单位m 2/g , 为粒子理论密度,dvs 为体积面积平均粒径,参照表2的数据[6],可以计算出两种粉体的比表面积分别为0.029m 2/g 和0.34m 2/g 。
假定坯体质量为1g ,则A /S=0.8时, A l 2O 3粉体和Zr S i O 4粉体的表面积分别为0.099m 2、2.41m 2;A /S=1.5时, A l 2O 3粉体和ZrS iO 4粉体的表面积分别为0.15m 2、1.89m 2;A /S =第4期廉晓庆等:A /S 比对氧化锆复相陶瓷性能的影响9372.0时, A l 2O 3粉体和Zr S i O 4粉体的表面积分别为0.18m 2、1.59m 2。
随着A /S 的增加, A l 2O 3颗粒的表面积增加,最难烧结的Zr S i O 4颗粒表面积减少,特别是A /S 从0.8到1.5, A l 2O 3颗粒与Zr S i O 4颗粒的表面积差急剧减少,表面积差越小,颗粒接触的机率越大,烧结动力越大,越有利于反应的进行,而A /S 从1.5到2.0, A l 2O 3颗粒与Zr S i O 4颗粒的表面积差变化不大,这就合理解释了图3所示的曲线变化。
表2 两种粉体的比表面积Tab .2 Spec ific surface area of Z rS i O 4and A l 2O 3po wd ersPo w ders Th eoretical dens it y(g/c m 3)S iz e( m )Sp ecific surf ace area(m 2/g)ZrS i O 4 4.68440.029A l 2O 33.9750.343.1.2 显气孔率图3为三组试样1550 和1630 烧后的显气孔率变化曲线。
可以看出,随着A /S 比的增加,1550 烧后试样显气孔率先降低后增加,两者显气孔率变化相差很大,但有一个共同点即显气孔率都有增加的现象。
显气孔率的1630 烧后试样显气孔率一直增加,这归因于莫来石的生成反应。
1550 烧后A /S 从0.8增加到1.5试样的显气孔率减少是烧结致密化所致,但由上文的计算可知A /S=2.0的试样可烧结性最优,1550 反应烧结生成莫来石的进程也比较激烈,莫来石化伴随体积膨胀并形成疏松网络结构,导致试样显气孔率增加。
烧结温度的增加有利于加速莫来石的生成反应进程,所以1630 烧后试样显气孔率一直增加。
由此可知,显气孔率的变化看似没有规律,其实恰恰反映了坯体的烧结程度,即A /S 比的增加有利于提高坯体的可烧结性。
3.2 物相组成对1550 烧后的三组试样做XRD 分析,结果见图4。
